愛因斯坦說對了嗎？引力波探測存在奇怪的雜訊

LIGO天文台的科學家第三次探測到引力波。圖為藝術家所繪引力波概念圖。

據外國媒體報道，一個世紀前，愛因斯坦曾預言「時空漣漪」或引力波的存在。在科學家宣稱發現了第三次引力波之後，科學家們也開始了一些科學的爭論。

科學家們在去年首次發現了太空和時間的搖擺，被譽為「本世紀最偉大的科學突破」。從那以後，研究人員又發現了兩種引力波。但在今年2月公布的數據之後，其他研究人員對檢測結果進行了詳細的檢查，並說他們在信號中發現了意料之外的噪音，「這些相關性非常奇怪，不應該出現在那裡。」

這個團隊是由位於哥本哈根的尼爾斯Bohr研究所的物理學家安德魯傑克遜領導的。他們在本月早些時候發表了他們的研究結果。激光干涉引力波天文台(LIGO)的科學家測量了兩束光的干涉，以探測空間和時間的擾動。引力波非常微弱，因此LIGO天文台的探測精度極高，即使目標的移動距離僅為質子直徑的100萬分之一，也可以探測到。

這張概念圖描繪了兩個黑洞旋轉方向不一致時的情況。在LIGO天文台收集的證據中，指向「非對準旋轉」的證據更多。

為了確保結果的準確性，LIGO觀測台被分為兩部分，相隔3000公里。它們同時運作，對彼此的觀察提供雙重檢查。

兩個探測器檢測到的噪音是完全不相關的，即使是探測器附近的風暴也不會以噪音的形式出現在另一個探測器上。研究小組發現了部分「噪音」的來源包括:「像雨滴這樣的光子擊中了光探測器發出的「嘶嘶」聲;地震的轟鳴聲和海水衝擊了地殼，以及風的聲音震動了建築物。「如果發現引力波，它應該同時在兩種儀器中產生類似的信號。

Jackson的團隊指出，在探測引力波的同時，這兩個探測器似乎也有噪音。「我們擔心的是主要的人類發現了第一個引力波信號，即GW150914。我們特別注意信號到達漢福德和利文斯頓，這兩個探測器之間的時間間隔。」「團隊說。「在我們看來，要確定信號確實是天體物理事件的產物，而不是發生相關的事情，LIGO天文台的兩個探測器的剩餘時間應該與記錄之間沒有相關性。但我們的調查顯示兩者都有很強的相關性。我們希望其他研究人員能夠重複我們的計算過程，並提出他們自己的觀點。在物理學中，「盲目的信仰顯然不能取代「理解」。「這種無法解釋的相關性可能會產生很多後果，小到足以改變從信號中提取的引力波，到否認整個宣稱發現引力波的地步。」

LIGO天文台的一位發言人說，結果可能存在無法解釋的相關性，但不應影響現有的結論。在馬克斯普朗克引力物理研究所的研究人員中，LIGO科學協作觀測台的成員伊恩哈里(伊恩哈里)公開宣稱，他們聲稱該團隊不能重複計算出的相關係數，因此他們的結論可能是由錯誤代碼引起的。

圖中綠色格線代表太陽和地球造成的時空彎曲。愛因斯坦在廣義相對論中提出，質量巨大的天體的引力會使時空發生扭曲。

但兩個團隊都不會承認他們錯了。「我們一直在進行深入的溝通，」LIGO的團隊說。「我們不同意他們的方法，我們不能同意他們的結論。」

在2017年1月4日，LIGO天文台的科學合作(LSC)第三次探測到引力波的存在。和前兩個一樣，當兩個黑洞相撞併合並時，引力波就產生了。合并後的黑洞大約是太陽質量的49倍，在第一次和第21次之間的時間是62倍。

「我們進一步確認了黑洞的存在，它的質量是太陽質量的20倍以上。」在LIGO探測到它們之前，我們從未知道宇宙中存在這樣的天體。「麻省理工學院的科學家們,LIGO科學合作將發言人大衛·舒梅克(大衛)博士,博士指出,「這些奇怪的和極端事件在數十億年前,我們有幾十億光年之外,但是人類可以想出一個合理的解釋,和驗證,這非凡的。LIGO和處女座(處女座引力波探測器)對科學協會做出了巨大貢獻。

由LIGO天文台探測到的三次引力波是由大黑洞的組合產生的。當一個黑洞碰撞時，它產生的能量比宇宙中所有的恆星和星系總和還多。

這張計算機模擬圖顯示了兩個黑洞（圖中上方的兩個球體）相撞時、周圍時空的扭曲情況。彩色部分為以二維呈現的空間。圖中漏斗狀的扭曲由黑洞的質量所產生。靠近黑洞的顏色代表時間流逝的速度：綠色代表正常；黃色代表偏慢20-30%，紅色則代表大幅放慢。

最近探測到的引力波似乎離我們最遠，距離我們大約30億光年。科學家說，引力波為我們打開了一扇「新門」，讓我們更好地觀察宇宙，並獲得關於黑洞和中子星等神秘物體的知識。理解這些天文現象將有助於我們了解宇宙的起源。

「這一發現使我們能夠對空間和時間採取一種新的方法，這在我們發現引力波之前是不可能的。」美國國家科學基金會的負責人(France Cordova)指出，「這次，我們必須看30光年的距離。」LIGO天文台將繼續進行重大發現，並逐漸向真正的引力波天文台進行實驗。更重要的是，每一項檢測結果不僅讓我們看到了奇蹟。通過收集數據，我們逐漸了解這些物體的起源和特徵，以便更好地了解宇宙。正如我們所知，這僅僅是開始。這一「宇宙之窗」將繼續擴大。來自世界各地的成千上萬的研究人員聚集在一起，為LIGO天文台做出自己的貢獻，這是對黑洞合并、中子星和其他天文現象的深刻理解。對此，我們將拭目以待。」

當一對黑洞圍繞著彼此旋轉時，它們就像兩個花樣滑冰選手一樣繞著自己的軸旋轉。

有時，當一對黑洞在軌道上運動時，它們會在相同的軌道方向旋轉，被稱為「校準旋轉」;有時它們會向相反的方向旋轉。此外，黑洞會傾斜並偏離原來的軌道平面。

來自LIGO天文台的最新數據顯示，至少有一個黑洞與整體軌跡不一致。為了確定雙黑洞系統的旋轉，LIGO需要進一步觀察。但從這些早期的數據來看，可以得出雙黑洞系統的形成。

「這是第一個證明黑洞運動不一致的證據，它給我們一個提示，說明雙黑洞系統是如何在稠密的恆星群中形成的。」「英國的迪夫大學的Bangalore Sathyaprakash。」

有兩種理論或可以解釋雙黑洞系統的起源。

第一個模型表明兩個黑洞同時誕生。當雙星系統的兩顆恆星爆炸時，黑洞就形成了。因為原來的恆星在同一個方向旋轉，因此產生的黑洞可能是一致的。

第二個模型認為兩個黑洞是在星團中誕生的。當它們到達星團的中心時，它們結合形成了一個雙黑洞系統。在這種情況下，黑洞可以在任何方向上旋轉，相對於軌道運動。

在LIGO天文台收集到的證據中，有更多的證據表明新的黑洞的旋轉方向，因此第二個理論更具優勢。

「我們真的開始收集雙黑洞系統的數據。LIGO的漢福德天文台的Keita(Keita)說，「這是非常有趣的，因為在過去的幾年裡，即使是現在，也有一些關於雙黑洞系統的解釋模型比其他模型更受尊重。」未來，我們將進一步縮小合理模式的範圍。」

圖為LIGO漢福德實驗室激光與真空設備區（LVEA）的鳥瞰圖，包括激光器、光束分離器等儀器。

這項研究再次驗證了愛因斯坦的理論。

例如，研究人員正試圖尋找一種稱為分散的現象。當光波穿過像玻璃這樣的物理介質時，它們被不同的波長和不同的速度分開。愛因斯坦的廣義相對論說，當引力波從波源傳播到地球時，不會產生色散。LIGO天文台沒有找到證據。

愛因斯坦似乎是對的。即使最新發現的探測時間是第一次探測到的時間的兩倍，他的預測仍然是正確的。喬治亞理工學院的勞拉卡比(Laura Cadonati)指出，「我們的發現與廣義相對論的預測一致。」但黑洞離我們如此之遠，更增強了我們的信心。」

該小組還將繼續分析LIGO收集的數據，以尋找時間和空間波動的跡象。

他們還將參與到2018年底美國LIGO天文台的技術升級，屆時探測器的靈敏度將會提高。

研究人員利用LIGO在一次媒體會議上探測中子星的野心。

中子星是超新星爆炸後一顆巨星坍塌的產物，在這一爆炸中，質子和電子合并並形成中子。

研究人員希望增加LIGO設備的靈敏度能幫助他們確定中子星的位置。他們指出，如果形成中子星的過程是不夠的，那麼就很難做出重大發現。

在第三次確認了黑洞產生的引力波之後，LIGO的觀測台證明了它的性能非常好，可以讓我們了解宇宙的陰暗面。LIGO的實驗室執行主任，大衛，加州理工學院(David Reitze)指出，「儘管LIGO有特殊的設計，適合觀測這樣的天文事件，但我們希望在幾天內可以在其他天體物理事件中觀察到，比如兩顆中子星相撞。」

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